Site pictogram Astroblogs

De eerste sterren(-stelsels) zouden gevormd kunnen zijn door primordiale zwarte gaten

Impressie van twee zwarte gaten die met elkaar botsen en die zullen fuseren. Credit: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC).

In de eerste milliseconden na de oerknal, welke zich 13,8 miljard jaar geleden afspeelde en waarbij ruimte en tijd ontstonden, was er vooral chaos, waarin uit de soep van losse atomen de eerste, lichte elementen werden gevormd. Door zogeheten kwantumfluctuaties was het mogelijk dat in die eerste momenten materie zo ver werd ineengedrukt dat zich direct al zwarte gaten vormden, de oer- of primordiale zwarte gaten. Pakweg 100 miljoen jaar later vormden zich de eerste sterren en sterrenstelsels en uit waarnemingen van onder andere de Webb ruimtetelescoop is duidelijk dat die stelsels eigenlijk groter zijn dan wat de modellen voorspellen. De vraag is of de primordiale zwarte gaten wellicht een rol hebben gespeeld bij die snelle vorming en groei van de eerste sterren en sterrenstelsels.

TACC’s Stampede2 supercomputer. Credit: TACC.

Om daar antwoord op te geven heeft een groep sterrenkundigen onder leiding van Boyuan Liu (University of Cambridge) simulaties uitgevoerd op Stampede2, een supercomputer van het Texas Advanced Computing Center (TACC), dat behoort tot de University of Texas. Wat blijkt uit de simulatie: ja, de primordiale zwarte gaten kunnen inderdaad door hun zwaartekracht materie aantrekken en daar kunnen sterren uit ontstaan, die de aanzet zijn voor de vorming van de eerste sterrenstelsels. Daarmee zijn primordiale zwarte gaten dus de ‘zaden’ voor de eerste sterren(-stelsels). Maar zoals meestal in de sterrenkunde is er óók een maar: omgekeerd kunnen primordiale zwarte gaten de vorming van sterren ook verhinderen! Want ze kunnen het hun omringende gas opwarmen en dat blokkeert de stervorming, want daar is koud gas voor nodig. Het is dus een complexe situatie om door primordiale zwarte gaten de vorming te krijgen van sterren, sterker nog: het ‘zaden’ en het ‘opwarmen’ lijken even sterk te zijn en elkaar op te heffen.

Simulaties hoe een wisselend aantal primordiale zwarte gaten de formatie van sterrenstelsels kunnen beïnvloeden. Credit: Liu et al.

Maar ook hier is weer een maar, een tweede maar: het verhaal wordt weer anders als we ook donkere materie erbij betrekken. Dat heeft welis waar door z’n massa ook een zwaartekrachtswerking en kan daarmee zorgen voor de aanvoer van materie voor de vorming van sterren, maar het zorgt niet voor een opwarmend effect. Primordiale zwarte gaten en donkere materie kunnen samenwerken en op die wijze zorgen voor stervorming, waarbij niet alleen de eerste sterren en sterrenstelsels ontstaan, maar ook de superzware zwarte gaten in de centra van die stelsels. Bij die ‘samenwerking’ kunnen zwaartekrachtgolven ontstaan, die nu nog te zwak zijn om te worden gedetecteerd door huidige detectoren zoals LIGO en Virgo, maar die door toekomstige detectoren zoals eLISA kunnen worden gedetecteerd. Hier het vakartikel over het onderzoek aan de primordiale zwarte gaten en de vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels, verschenen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2022; 514 (2): 2376. Bron: TACC.

Mobiele versie afsluiten